Проектировочный расчет поперечного сечения

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине.

«Прочность конструкций».

на тему:

" Проектировочный расчет поперечного сечения" .

1. Подготовка исходных данных.

Рисунок 1 — Самолет Bf 109 G-2.

Таблица 1 — Тактико-технические характеристики Bf 109 G-2.

Самолет-прототип Bf 109 G-2 относится к многоцелевой категории:

максимальная маневренная перегрузка.

минимальная маневренная перегрузка.

максимальная крейсерская скорость.

предельная скорость.

минимальная крейсерская скорость.

профиль Me-163.

производная коэффициента подъемной силы по углу атаки.

Таблица 2 — Полетные случаи нагружения крыла при маневре.

Величины болтаночной перегрузки при следующих комбинациях скорости вертикального порыва и индикаторной скорости полета самолета:

· при на высотах от уровня моря до 6100 м.

· при на высотах от уровня моря до 6100 м.

· при на высотах от уровня моря до 6100 м Рисунок 2 — Диаграммы ICAO при полете в болтанку и при маневре самолета.

2. Построение эпюр внутренних силовых факторов по размаху крыла.

2.1 Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов (расчетный случай).

Геометрические параметры базового крыла:

Расчетная погонная нагрузка от аэродинамических сил :

где — относительная циркуляция крыла, состоящая из относительной циркуляции плоского крыла и поправок, учитывающих влияние закрутки крыла и наличия фюзеляжа.

Расчетная погонная нагрузка от инерционных сил массы крыла :

где — вес крыла в кГ.

Результирующая погонная нагрузка :

Таблица 3 — Погонные нагрузки в сечениях крыла.

При дальнейшем расчете используются следующие формулы:

· длина i-ого участка.

· средняя погонная нагрузка на i-ом участке.

· приращение перерезывающей силы на i-ом участке.

· перерезывающая сила в i-ом сечении.

· средняя перерезывающая сила на i-ом участке.

· приращение изгибающего момента на i-ом участке.

· изгибающий момент в i-ом сечении.

Таблица 4 — Определение и.

2.2 Построение эпюр крутящих моментов (расчетный случай).

Погонный скручивающий момент в i-ом сечении от распределенных аэродинамических и инерционных сил :

При расчете используются следующие формулы:

· длина i-ого участка.

· средний погонный скручивающий момент на i-ом участке.

· приращение крутящего момента на i-ом участке.

· крутящий момент в i-ом сечении.

Таблица 5 — Определение.

2.3 Построение эпюры крутящих моментов (расчетный случай).

Погонный скручивающий момент в i-ом сечении в случае :

— для сечений, проходящих через элерон;

— для произвольного сечения;

.

При расчете используются следующие формулы:

· длина i-ого участка.

· средний погонный скручивающий момент на i-ом участке.

· приращение крутящего момента на i-ом участке.

· крутящий момент в i-ом сечении.

Таблица 6 — Определение.

3. Проектировочный расчет крыла.

3.1 Выбор конструктивно-силовой схемы.

Расчетное сечение крыла — сечение № 8.

Тип конструктивно-силовой схемы (КСС) зависит от интенсивности нагрузки :

где — изгибающий момент; - ширина панели, см; - строительная высота, см.

Значению соответствует кессонная схема, но в силу конструктивных особенностей самолета необходимо применить лонжеронную КСС.

самолет крыло сечение силовой.

3.2 Подбор сечений элементов продольного набора крыла.

Толщина обшивки, мм, определяется из условия работы поперечного сечения на кручение:

где — максимальный расчетный крутящий момент в сечении; - удвоенная площадь контура, работающего на кручение; - расчетное напряжение в обшивке при сдвиге.

Обшивка — тонкий лист из алюминиевого сплава Д16 ().

Ближайшая большая стандартная толщина листа — .

Силы, действующие в верхней и нижней панелях крыла :

где — максимальный расчетный изгибающий момент в сечении.

Верхняя панель.

Редуцированная площадь сжатой панели.

где — критические напряжения сжатого пояса лонжерона (основного).

Материал пояса лонжерона — алюминиевый сплав В95).

Площадь сжатого пояса :

где — коэффициент восприятия усилий в панели поясами лонжеронов и стенок (для лонжеронного крыла).

Профиль нестандартный, таврового сечения ().

Критическое напряжение местной устойчивости пояса лонжерона .

Скорректированное значение .

Площадь стрингера :

Подходящий стандартный профиль стрингера: уголок 410020 ГОСТ 13 737–90 (). Материал стрингера — алюминиевый сплав В95.

Нижняя панель.

Редуцированная площадь растянутой панели.

где — коэффициент, учитывающий ослабление сечения отверстиями под болты и заклепки; - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в зоне отверстий (значение приведено для алюминиевых сплавов); (алюминиевый сплав В95).

Площадь растянутого пояса :

где для лонжеронного крыла.

Профиль нестандартный, таврового сечения ().

Редукционный коэффициент обшивки :

Площадь стрингера :

где — редукционные коэффициенты по модулю упругости материалов стрингеров и поясов лонжеронов.

Подходящий стандартный профиль стрингера: уголок 410043 ГОСТ 13 737–90 (). Материал стрингера — алюминиевый сплав В95.

В случаях нижняя панель сжимается с усилием соответствующая площадь сжатой панели составляет, что означает возможность работы нижней панели на сжатие, т.к. требуемая для этого площадь меньше площади растянутой панели.

Стенки лонжеронов.

Поперечная сила :

где — средний угол конусности крыла.

Поперечная сила в лонжероне, в стенке .

Погонные касательные силы (ПКС) от сдвига :

в лонжероне; в стенке .

ПКС от кручения :

Т.к. при дозвуковой скорости полета происходит догрузка переднего лонжерона, то суммарные ПКС; .

Толщина стенки i-ого лонжерона :

Стенка — лист из алюминиевого сплава В95 ().

Ближайшие стандартные толщины листов:; .

Стойки лонжерона и стенки.

Сжимающие усилия в стойках :

где — дополнительные нормальные напряжения, возникающие в стенке при потере ею устойчивости; - шаг стоек, равный шагу нервюр.

Усилия в стойках лонжерона; стенки .

Т.к. имеет отрицательное значение, в стойках лонжерона нет надобности. Из условия устойчивости при воздействии усилия площадь стоек стенки .

Подходящий стандартный профиль — уголок 410020 ().

Заклепочные швы.

Срезающая сила, действующая на одну заклепку :

где — шаг заклепок; - количество рядов заклепок.

При и: ;. Для обеспечения технологичности заклепки должны быть одинаковыми:

.

Материал заклепок: сталь 1Х18Н9Т; диаметр: 5,0 мм.